(57)【要約】  本発明は、半導体デバイス及びその製造方法を提供し、半導体の技術分野に関する。実行形態による半導体デバイスは、基板と、基板の一方の側に配置された半導体層と、半導体層の基板から遠い一方の側に配置されたソース及びドレインと、ソースとドレインの間に配置されたゲートと、半導体層の基板から遠い一方の側の上に配置された分離構造であって、分離構造の一端が、ソースに近い側に配置され、他端が、ドレインに近い側に配置されて半導体デバイスの表面層と直接接触し、分離構造が、ゲート又はゲートの一部分を覆い、分離構造が、一体形成構造であり半導体層と共にチャンバを形成し、ゲートの少なくとも一部分が、チャンバ内に配置され、チャンバが、ゲート延在方向に開口を有し、密閉構造によって開口を密閉することによって密閉チャンバを形成する、分離構造と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の一方の側に配置された半導体層と、
前記半導体層の基板から遠い一方の側に配置されたソース及びドレイン、並びに前記ソースと前記ドレインの間に配置されたゲートと、
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に配置された分離構造であって、前記分離構造の一端が、前記ソースに近い側に配置され、他端が、前記ドレインに近い側に配置され前記半導体デバイスの表面層と直接接触し、前記分離構造が、前記ゲート又は前記ゲートの一部分を覆い、前記分離構造が、一体形成構造であり前記半導体層と共にチャンバを形成し、前記ゲートの少なくとも一部分が前記チャンバ内に配置され、前記チャンバが、ゲート延在方向に開口を有し、密閉構造による前記開口の密閉によって密閉チャンバを形成する、分離構造と、
を有する半導体デバイス。
【請求項２】
前記密閉構造の高さが、前記半導体層から遠ざかる方向に前記分離構造の最大高さＬより大きい、
請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記ソースに近い側にある前記分離構造の一端が、前記ソース又は前記ゲートと電気接続を形成し、
前記分離構造の材料が、金属材料である、
請求項１又は２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記ソースに近い側にある前記分離構造の一方の端が、前記ソースと直接接触し、前記ソースの前記基板から遠い一方の側を覆う、
請求項３に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記分離構造が、複数の分離ユニットを含み、
前記複数の分離ユニットが、次々に接続されて前記半導体層とそれぞれ協力して複数のチャンバを形成し、
前記ゲート又は前記ゲートの一部分が、前記チャンバのうちの１つのチャンバ内に配置された、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記分離構造が、前記ゲートの上に部分的に少なくとも１つの開口を備えた、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記半導体デバイスが、更に、前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に配置された第１の絶縁体層を有する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記チャンバ内で、前記チャンバ内にあるサブ分離構造が、更に、前記分離構造と前記ゲートの間に配置され、
前記サブ分離構造が、前記半導体層と協力してサブチャンバを形成し、
前記ゲート又は前記ゲートの一部分が、前記サブチャンバ内にある、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記サブチャンバが、絶縁材料で充填されて第２の絶縁体層が形成された、
請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
半導体デバイスを製造する方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板の一方の側に半導体層を形成するステップと、
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側にソースとドレインを形成するステップと、
前記ソースと前記ドレインの間にゲートを形成するステップと、
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に分離構造を形成して、それにより、前記分離構造の一方の端が、前記ソースに近い側に配置され、他端が、前記ドレインに近い側に配置され、前記半導体デバイスの表面層と直接接触して、前記ゲート又は前記ゲートの一部分を覆うようにするステップであって、前記分離構造が、一体形成構造であり、前記半導体層と共にチャンバを形成し、前記ゲートの少なくとも一部分が前記チャンバ内にあるステップと、
ゲート延在方向の前記チャンバの開口を密閉する密閉構造を配置して密閉チャンバを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記ソースと前記ドレインの間にゲートを形成するステップの前に、更に、
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に第１の絶縁体層を形成するステップと、
前記第１の絶縁体層上に前記ゲートに対応するトレンチを形成して前記トレンチ内に前記ゲートを形成するステップと、を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に分離構造を形成するステップが、
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に支持構造を形成するステップであって、前記支持構造が前記ゲートの少なくとも一部分を覆うステップと、
前記分離構造によって覆われていない前記半導体層の領域内に遮蔽構造を形成するステップと、
前記分離構造が前記ゲート又は前記ゲートの一部分を覆うように、前記支持構造上に前記分離構造を一体形成するステップと、
前記支持構造と前記遮蔽構造を除去するステップと、を含み、
密閉構造を配置する前記ステップが、
前記ゲート延在方向の両端にある前記分離構造の開口を前記密閉構造で密閉して、前記分離構造と前記半導体層の間に形成されたチャンバを密閉するステップを含む、
請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に支持構造を形成する前記ステップが、
前記ゲート上に第２の絶縁体層を付着させるステップと、
前記第２の絶縁体層上にサブ分離構造を形成するステップと、
前記サブ分離構造上に前記支持構造を形成するステップと、を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分離構造が、複数の分離ユニットを含み、前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に支持構造を形成する前記ステップが、
前記半導体層の前記基板から遠い一方の側に複数の支持構造を形成するステップであって、前記支持構造のうちの１つが、前記ゲートの少なくとも一部分を覆うステップを含み、
前記支持構造上に前記分離構造を形成する前記ステップが、
次々に接続された複数の分離ユニットを前記複数の支持構造上に形成して前記分離構造を形成するステップを含む、
請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記支持構造と前記遮蔽構造を除去する前記ステップの前に、更に、
前記ゲートの上にある前記分離構造の一部分に少なくとも１つの開口を形成するステップを含む、
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１７年３月３０日に出願された中国特許出願第２０１７１０２０２１３２．６号の優先権を請求し、前述した中国特許出願によって開示された内容の全文を本出願の一部としてここに引用する。
【０００２】
本発明は、半導体の技術分野に関し、詳細には半導体デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
窒化ガリウムＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）は、高温、高周波、高電圧及び高電力のデバイスの作成にきわめて適する。窒化ガリウムＨＥＭＴは、無線周波数マイクロ波及びパワーエレクトロニクスの分野で幅広く使用でき、半導体デバイスの分野における研究ホットスポットの１つである。高電圧で動作するＨＥＭＴデバイスに関して、ソースｓ領域とドレイン領域（特に、ドレインに近いゲートの領域内）間の電界がきわめて強い。そのような強電界は、材料表面の上の空気及び空気蒸気をイオン化し、イオンを生成ししたがってデバイスの表面材料内の界面状態を変化させ、電流崩壊効果を引き起こし、デバイス性能に影響を及ぼし、したがってデバイス動作の信頼性に影響を及ぼし、デバイス寿命を短縮し、その結果、高温、高電圧及び高周波におけるＨＥＭＴデバイスの利点を完全には発揮できなくなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上を考慮して、本発明は、電流崩壊効果を回避しかつデバイスの高周波性能を改善する半導体デバイス及びその製造方法を提供する。
【０００５】
本発明によって提供される技術的解決策は、以下の通りである。
【０００６】
半導体デバイスであって、
基板と、
基板の一方の側に配置された半導体層と、
半導体層の基板から遠い一方の側に配置されたソース及びドレイン、並びにソースとドレインの間に配置されたゲートと、
半導体層の基板から遠い一方の側に配置された分離構造であって、分離構造の一端が、ソースに近い側に配置され、他端が、ドレインに近い側に配置され半導体デバイスの表面層と直接接触し、分離構造が、ゲート又はゲートの一部分を覆い、分離構造が、一体形成構造であり半導体層とチャンバを形成し、ゲートの少なくとも一部分がチャンバ内に配置され、チャンバが、ゲート延在方向に開口を有し、密閉構造によって開口を密閉することにより密閉チャンバを形成する、分離構造と、
を有する。
【０００７】
更に、密閉構造の高さは、半導体層から遠ざかる方向に分離構造の最大高さＬより大きい。
【０００８】
更に、ソースに近い側の分離構造の一端は、ソース又はゲートと電気接続を形成し、分離構造の材料は、金属材料である。
【０００９】
更に、ソースに近い側の分離構造の一端は、ソースと直接接触し、ソースの基板から遠い一方の側を覆う。
【００１０】
更に、分離構造が、複数の分離ユニットを含み、複数の分離ユニットは、次々に接続され半導体層とそれぞれ協力して複数のチャンバを形成し、ゲート又はゲートの一部分が、チャンバのうちの１つの中に配置される。
【００１１】
更に、分離構造は、ゲートの上に部分的に少なくとも１つの開口を備える。
【００１２】
更に、半導体デバイスは、更に、半導体層の基板から遠い一方の側に配置された第１の絶縁体層を有する。
【００１３】
更に、チャンバ内で、チャンバ内に配置されたサブ分離構造が更に分離構造とゲートの間に配置され、サブ分離構造は、半導体層と協力してサブチャンバを形成し、サブチャンバ内にゲート又はゲートの一部分が配置される。
【００１４】
更に、サブチャンバは、絶縁材料で充填されて第２の絶縁体層を形成する。
【００１５】
本発明は、更に、半導体デバイスを製造する方法を提供し、方法は、
基板を提供するステップと、
基板の一方の側に半導体層を形成するステップと、
半導体層の基板から遠い一方の側にソースとドレインを形成するステップと、
ソースとドレインの間にゲートを形成するステップと、
半導体層の基板から遠い一方の側に分離構造を形成して、それにより、分離構造の一方の端が、ソースに近い側に配置され、他端が、ドレインに近い側に配置され半導体デバイスの表面層と直接接触して、ゲート又はゲートの一部分を覆うようにするステップであって、分離構造が、一体形成構造であり半導体層とチャンバを形成し、ゲートの少なくとも一部分がチャンバ内に配置されるステップと、
ゲート延在方向のチャンバの開口を密閉して密閉チャンバを形成するように密閉構造を配置するステップと、を含む。
【００１６】
更に、ソースとドレインの間にゲートを形成するステップの前に、方法は、更に、
半導体層の基板から遠い一方の側に第１の絶縁体層を形成するステップと、
第１の絶縁体層上にゲートに対応するトレンチを形成して、トレンチ内にゲートを形成するステップと、を含む。
【００１７】
更に、半導体層の基板から遠い一方の側に支持構造を形成するステップは、
半導体層の基板から遠い一方の側に支持構造を形成し、支持構造がゲートの少なくとも一部分を覆うステップと、
分離構造によって覆われない半導体層の領域内に遮蔽構造を形成するステップと、
分離構造がゲート又はゲートの一部分を覆うように支持構造上に分離構造を一体形成するステップと、
支持構造と遮蔽構造を除去するステップと、を含み、
密閉構造を配置するステップは、
ゲート延在方向の両端における分離構造の開口を密閉構造で密閉して、分離構造と半導体層の間の形成されたチャンバを密閉するステップを含む。
【００１８】
更に、半導体層の基板から遠い一方の側に支持構造を形成するステップが、
ゲート上に第２の絶縁体層を付着させるステップと、
第２の絶縁体層上にサブ分離構造を形成するステップと、
サブ分離構造上に支持構造を形成するステップと、を含む。
【００１９】
更に、分離構造は、複数の分離ユニットを含み、半導体層の基板から遠い一方の側に支持構造を形成するステップが、
半導体層の基板から遠い一方の側に複数の支持構造を形成するステップであって、支持構造のうちの１つが、ゲートの少なくとも一部分を覆うステップを含み、
支持構造上に分離構造を形成するステップが、
複数の支持構造上に次々に接続された複数の分離ユニットを形成して分離構造を形成するステップを含む。
【００２０】
更に、支持構造と遮蔽構造を除去するステップの前に、方法は、更に、
ゲートの上に配置された分離構造の一部分内に少なくとも１つの開口を形成するステップを含む。
【００２１】
本出願の実施形態では、デバイスの表面上にゲートの少なくとも一部分を覆う分離構造を配置することによって、分離構造が一体形成構造であり、分離構造が、ゲートとドレインの間でデバイスの表面と直接接触し、デバイスの表面と共にチャンバを形成し、チャンバが、きわめて高い密閉性を有する密閉チャンバを形成するように密閉構造によって密閉され、外気と水蒸気を十分に分離でき、電流崩壊効果が生じることによる強電界下のデバイスの材料表面上の空気及び水蒸気イオン化を有効に回避できる。更に、絶縁体層が分離構造チャンバの内部の表面に配置されるとき、絶縁体層の厚さを最小にできる。ゲート及び分離構造は、きわめて小さい誘電率を有する空気を使用してデバイスの表面から分離され、これにより、絶縁体層が配置されたときに絶縁体層によって導入される寄生容量が減少し、それにより、寄生容量効果が有効に改善され、デバイスの高周波特性が改善される。そのような半導体デバイスを使用する構造は、製造工程が単純でかつ信頼性が高い。
【００２２】
本発明の上記の目的、特徴及び利点をより明白にするために、以下に、好ましい実施形態が、添付図面を参照して詳細に述べられる。
【００２３】
本発明の実施形態の技術的解決策をより明らかに示すために、実施形態で使用される図面について以下に概説する。以下の図面は、本発明の幾つかの実施形態の単に例証であり、範囲を限定するものではないことを理解されたい。また、当業者は、創意に富む技能を実施することなく、これらの図面によって他の関連図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によって提供されるデバイス分離構造の開口における半導体デバイスの断面概略図である。
【図２】図１の線ＡＡ’に沿った半導体デバイスの断面概略図である。
【図３】図１の半導体デバイスの概要平面図である。
【図４】本発明の一実施形態によって提供される別の半導体デバイスの断面概略図である。
【図５】本発明の一実施形態によって提供される別の半導体デバイスの概要の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態によって提供される別の半導体デバイスの断面概略図である。
【図７】本発明の一実施形態によって提供される別の半導体デバイスの断面概略図である。
【図８】本発明の一実施形態によって提供される別の半導体デバイスの断面概略図である。
【図９】本発明の一実施形態によって提供される半導体デバイスを製造する方法の概略フローチャートである。
【図１０】製造方法の各フローの半導体デバイスの断面概略図である。
【図１１】製造方法の各フローの半導体デバイスの断面概略図である。
【図１２】製造方法の各フローの半導体デバイスの断面概略図である。
【図１３】製造方法の各フローの半導体デバイスの断面概略図である。
【図１４】製造方法の各フローの半導体デバイスの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態における技術的解決策は、本発明の実施形態に関連した図面と関連して明瞭で完全に理解可能な方法で記述される。記載された実施形態が、本発明の実施形態の全てではなく一部分に過ぎないことは明らかである。一般に、添付図面に記述され図示された本発明の実施形態の構成要素は、様々な構成で構成され設計されうる。したがって、本発明の添付図面に示された実施形態の詳細な説明は、本発明の保護範囲を限定するためでなく、単に本発明の選択された好ましい実施形態を例示するためのものである。本発明の実施形態に基づき、本発明の技術を使用せずに当業者によって得られる他の実施形態も本発明の保護範囲内である。
【００２６】
以下の図面では類似の参照数字と文字が類似の要素を指し、したがって、要素が１つの図面で定義された後、その後の図面では更に詳しく定義も説明もされ得ないことに注意されたい。一方、本発明の記述では、「第１」や「第２」などの用語は、描写を区別するためにのみ使用され、相対的な重要性を有することを指示せず意味しないことを理解されたい。
【００２７】
先行技術にある問題を考慮すると、解決策は、デバイスの材料表面上に絶縁体層パッシベーション材料の界面状態を付着させること、及び外気と水蒸気を分離することであり、絶縁体層が厚いほど絶縁効果が高い。しかしながら、絶縁体層は、寄生容量を導入することがあり、絶縁体層が厚いほど寄生容量が大きく、これは、デバイスの高周波性能に影響を及ぼし、デバイスの動作周波数が高いほど影響が深刻である。
【００２８】
これを考慮して、本出願の実施形態は、図１に示されたように、基板１０１、半導体層１０２、ソース１０３、ドレイン１０４、ゲート１０５及び分離構造１０６を含む半導体デバイス１００を提供する。基板１０１が、炭化ケイ素、サファイア、シリコン、絶縁基板上シリコン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛又はこれらの組み合わせ、あるいはＩＩＩ族窒化物を成長させうる他の材料で作成されうることを理解されたい。基板１０１の特定の材料は、本出願の実施形態において限定されない。
【００２９】
半導体層１０２は、基板１０１の一方の側に配置される。本出願の実施形態では、半導体層１０２は、核形成層１０２１、バッファ層１０２２、チャネル層１０２３、及び障壁層１０２４を含みうる。核形成層１０２１は、その上のヘテロ接合材料の結晶品質、表面モフォロジ、電気的性質などのパラメータに影響を及ぼすことがあり、また核形成層１０２１は、基板１０１の様々な材料によって変化し、その一方で、核形成層１０２１は、主に、基板１０１の材料を半導体材料層とヘテロ接合構造で整合させる働きをする。バッファ層１０２２は、核形成層１０２１の基板１０１から遠い一方の側に配置され、バッファ層１０２２は、基板１０１の材料を高品質エピタキシャル窒化ガリウム層と整合させる働きをする、核形成層１０２１とチャネル層１０２３の間の遷移層である。バッファ層１０２２は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどのＩＩＩ族窒化物材料を含みうる。チャネル層１０２３は、バッファ層１０２２の核形成層１０２１から遠い一方の側に配置され、チャネル層１０２３は、非ドープＧａＮ層を含みうる。障壁層１０２４は、チャネル層１０２３のバッファ層１０２２から遠い一方の側に配置され、障壁層１０２４は、ＡｌＧａＮ又は他の窒化物を含みうる。チャネル層１０２３と障壁層１０２４はともに、半導体ヘテロ接合構造を構成し、その界面に高濃度を有する二次元電子ガスを形成し、チャネル層１０２３のヘテロ接合界面に導電性チャネルを生成する。
【００３０】
ソース１０３とドレイン１０４は、障壁層１０２４の２つの端に配置される。ゲート１０５は、ソース１０３とドレイン１０４の間に配置され、ゲート１０５の形状はＴ形、ガンマ形又は他の形状でよい。本出願の実施形態において、ゲート１０５の形状は限定されない。
【００３１】
分離構造１０６は、半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に配置される。分離構造１０６の一端が、ソース１０３に近い側に配置され、好ましくはソース１０３又はゲート１０５に対する電気接続を形成し、他端は、ドレイン１０４に近い側に配置され、デバイスの表面層と直接接触しチャンバを構成する。デバイスの表面層は、半導体層でも絶縁体層でもよい。分離構造１０６は、ゲート１０５又はゲート１０５の一部分を覆う。分離構造１０６は、一体形成構造であり、分離構造１０６は、半導体層１０２又は絶縁体層１０８と協力してチャンバを形成する。ゲート１０５の少なくとも一部分が、チャンバ内に配置される。
【００３２】
図２に示されたように、図２は、図１の線ＡＡ’に沿った半導体デバイス１００の断面概略図であり、図では、分離構造１０６が、ゲート１０５を完全には覆わないことがあり、したがって、ゲート１０５の一部分が、分離構造１０６と半導体層１０２によって形成されたチャンバ内にある。図３に示されたように、図３は、半導体デバイス１００の概略平面図である。例証を容易にするために、概略平面図に密閉構造１０７は示されていない。分離構造１０６がゲート１０５の一部分しか覆うことができないことが分かる。当然ながら、他の実施形態では、分離構造１０６は、ゲート１０５全体を覆うこともできる。好ましくは、分離構造１０６は、ゲート１０５の長さ方向にゲート１０５の１０％〜１００％を覆いうる。
【００３３】
分離構造１０６は、ゲート１０５、ゲートソース領域（ゲート１０５とソース１０３の間の領域）、及びゲートドレイン領域（ゲート１０５とドレイン１０４の間の領域）の一部分上に配置されうることが分かる。したがって、分離構造１０６、ゲート１０５、及びゲートソース領域とゲートドレイン領域の一部分の半導体層１０２によってチャンバが形成され、チャンバは、外気から密閉分離される。分離構造１０６の構造は、空気ブリッジ工程によって一体形成されてもよく、金属材料が使用されるときは、金属メッキ構成工程、金属電子ビーム蒸着工程、金属スパッタリング工程、又はこれらの組み合わせによって形成されてもよい。本発明では、分離構造１０６の一端は、デバイス電極と電気接続を形成し、他端は、ゲート１０５とドレイン１０４の間のデバイスの表面層と直接接触する。そのような構造は、ドレイン近くのゲートの端部の縁における稠密な電界線を調整し、電界線分布をより均一にし、ドレインの端に近いゲートの縁における電界を減少させ、ゲート漏れ電流を減少させ、デバイス降伏電圧を高める。分離構造１０６は、アーチ構造などでよく、本出願の実施形態は、分離構造１０６の特定構造を限定しない。分離構造１０６の一端が、ソース１０３との電気接続を形成し、他端が、ゲート１０５とドレイン１０４の間のデバイス表面層と直接接触する場合は、アーク構造を使用して、半導体層１０２に対して垂直方向のその距離が等しくなく、ゲートの上の分離構造がゲートから更に遠ざかるようにして、ゲートの寄生容量をより効果的に低減できる。アーチ構造を使用する場合、アーチ構造の頑強さを保証するために、金属厚さは、約１μｍ〜５μｍの範囲でよい。分離構造１０６は、金属材料など（例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、又はこれらの組み合わせ）のきわめて稠密な材料で作成されうる。一般に、デバイスの材料表面上の強電界領域は、ゲート１０５の近くに集中する。詳細には、ドレインに近いゲート１０５の金属の端における電界が最も強く、領域のこの部分の空気と水蒸気が最も容易にイオン化されて電流崩壊効果が生じる。外部から印加された電圧が低い場合は、局部領域だけを覆う密閉チャンバ構造が、電流崩壊効果を回避し同時にチャンバの頑強性と信頼性を改善できる。
【００３４】
分離構造１０６には、ゲート１０５の延在方向の開口に密閉構造１０７が提供され、密閉チャンバが形成される。分離構造１０６がアーチ構造のとき、半導体層から遠ざかる方向に頂点とデバイス表面の間の最大高さはＬであり、密閉構造１０７の高さは、半導体層から遠ざかる方向に分離構造１０６の最大高さＬより大きくなければならない。好ましくは、密閉構造１０７の高さは、１．２Ｌ以上であり、これにより、アーチ型分離構造の密閉特性と、密閉構造１０７と分離構造１０６の間の接着性がより効果的に保証され、動作中にデバイス内で熱が生じたときに引き起こされる気密性の低下の問題が回避される。更に、図１に示されたように、ソース１０３からドレイン１０４への延在方向で、デバイスの表面層と接触している分離構造１０６の内壁間の距離はａであり、デバイスの表面層と接触している分離構造の外壁間の距離はｂであり、したがって、使用中のデバイスの密閉安定性を改善するには、ソース１０３からドレイン１０４に延在する方向の密閉構造１０７の幅は（ａ＋ｂ）／２以上でなければならない。
【００３５】
図４に示されたように、別の実行形態では、分離構造１０６は、１つ以上の分離ユニット１０６１を含みうることが分かる。複数の分離ユニット１０６１が含まれるとき、複数の分離ユニット１０６１が次々に接続され、半導体層１０２とそれぞれ協力して複数のチャンバを形成し、ゲート１０５又はゲート１０５の一部分が、チャンバのうちの１つのチャンバ内にある。図に示されたように、図には２つの分離ユニット１０６１の場合だけが示されており、本出願は、分離ユニット１０６１の特定数を限定しない。
【００３６】
外部から印加された電圧が高くなるとき、デバイスの表面上の強電界領域が、ゲート１０５からドレイン１０４の方に、即ちゲート１０５から遠ざかるほど拡大し、ドレイン１０４に近いデバイスの表面も強電界領域になり、したがって、この領域内の空気と水蒸気もイオン化される。分離構造１０６は、強電界領域全体を覆うことが必要とされるが、ゲート１０５とドレイン１０４の間の領域を覆うために大きなスパンを有する分離構造１０６を使用すると、そのような分離構造１０６は、大きなスパンにより崩壊しがちである。複数の分離ユニット１０６１を提供することによって、各分離ユニット１０６１のスパンは、１つの分離構造１０６のスパンより比較的小さく、これにより、大きなスパンの分離構造１０６が崩壊しやすくなる可能性が減少し、また強電界領域全体が覆われる。複数の分離ユニット１０６１のそれぞれによって構成されたチャンバによって、強電界領域全体が、外気と水蒸気から分離されて、電流崩壊効果の発生が回避される。
【００３７】
分離構造１０６と半導体層１０２によって形成されたチャンバが、密閉構造１０７によって密閉されて密閉チャンバを形成することが分かる。分離構造１０６は、製造工程中にゲート１０５の延在方向の両端に開口を有してもよく、両端にある開口は、密閉構造１０７によって密閉されて分離構造１０６内に密閉チャンバを形成し、密閉チャンバ内にきわめて小さい比誘電率を有する空気を分散でき、したがって、チャンバを外気と水蒸気から分離でき、電流崩壊効果を引き起こしうる強電界下でのデバイス材料の表面上の空気及び水蒸気イオン化が効果的に回避される。密閉構造１０７の材料は、絶縁体、金属、有機材料又はこれらの組み合わせのうちの１つのような高密度材料でよい。
【００３８】
更に、図５に示されたように、別の実行形態では、分離構造１０６は、ゲート１０５の上に部分的に少なくとも１つの開口１０６２を備えうる。具体的には、分離構造１０６は、少なくとも１つの開口１０６２によって、ゲート１０５、ゲートソース領域、及びゲートドレイン領域の一部分の上で、ゲート１０５の金属ストリップの長さ方向に複数の区分に分割されうる。密閉構造１０７は、表示を容易にするために、図５に示されていない。ゲート１０５上の分離構造１０６が、複数の区分に分割された後、分離構造１０６によって引き起こされる寄生容量を更に低減できる。また、分離構造１０６の下の材料は、分離構造１０６の製造工程中に、より容易に除去されうる。図示されたように、ゲート１０５の上の分離構造１０６の部分は、２つの区分に分割されうる。実際の製造工程では、分離構造１０６の各区分の幅は、実際の条件によって決定されうる。分離構造１０６の各区分の幅は、より良好な電気接続効果を達成するように妥当に設定され、同時に金属アーチ構造が容易に崩壊される問題が回避される。各分離構造１０６の幅が広すぎる場合は、分離構造１０６の金属と下側ゲート１０５との重複領域並びに二次元電子ガス導電チャネルが制限される。一例では、分離構造１０６の各区分の幅は、約１μｍ〜約１０μｍの範囲でよく、分離構造１０６の各区分の形状は、矩形でも湾曲でもよい。
【００３９】
半導体デバイス１００は、更に、半導体層１０２の不動態化保護のために、半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に配置された第１の絶縁体層１０８を含む。
【００４０】
第１の絶縁体層１０８は、障壁層１０２４上に絶縁材料を付着させることによって形成されうる。半導体デバイス１００の表面の不動態化保護は、第１の絶縁体層１０８によって実現されうる。第１の絶縁体層１０８は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＡｌＯｘの材料のうちの１つ又はこれらの組み合わせを採用しうる。本出願の実施形態において第１の絶縁体層１０８の特定の材料は限定されない。
【００４１】
半導体デバイス１００の表面に絶縁材料を堆積させることによって、材料表面の界面状態を不動態化でき、また外気と水蒸気を分離できる。絶縁材料が厚いほど分離効果が良い。しかしながら、絶縁材料は、寄生容量を導入しうる。絶縁材料が厚いほど寄生容量が大きく、これはデバイスの高周波性能に影響を及ぼし、この影響はデバイスの動作周波数が高いほど深刻になる。
【００４２】
本出願の実施形態では、分離構造１０６が提供され、分離構造１０６は、半導体層１０２と協力してチャンバを形成し、密閉構造１０７によって密閉チャンバが形成される。第１の絶縁体層１０８が配置されると、チャンバ内の第１の絶縁体層１０８の厚さが最小化されうる。絶縁材料によって導入される寄生容量が大幅に減少し、これは、寄生容量作用を有効に改善し、デバイスの高周波特徴を改善しうる。分離構造１０６が、複数の分離ユニット１０６１を含むとき、複数の分離ユニット１０６１は、強電界領域を全て覆って、半導体層１０２上の第１の絶縁体層１０８の厚さを最小限にできる。
【００４３】
更に、図６と図７に示されたように、別の実行形態では、チャンバ内にあるサブ分離構造１０９は、分離構造１０６とゲート１０５の間に配置されうる。
【００４４】
図７に示されたように、サブ分離構造１０９は、好ましくは、半導体層１０２と共にサブチャンバを形成するアーチ構造であり、ゲート１０５又はゲート１０５の一部分がサブチャンバ内にある。図６に示されたように、サブ分離構造１０９と半導体層１０２の間に形成されたサブチャンバも密閉構造１０７によって密閉されて、密封サブチャンバが形成されうる。したがって、分離構造１０６とサブ分離構造１０９によって形成された多層分離構造によって形成される密閉チャンバ構造は、ゲートドレイン領域内の強電界分布をより有効に最適化し、強電界領域の密封性と信頼性を高めうる。
【００４５】
再び図６に示されたように、サブチャンバも絶縁材料で充填されて第２の絶縁体層１１０が形成されうる。分離構造１０６のスパンが大きすぎると、ゲート１０５の金属のドレイン１０４近くの端付近の強電界を改善する効果が限定される。その時に、絶縁材料は、最初に第２の絶縁体層１１０を形成するように付着されてもよく、次に共通分離構造１０６が形成され、その結果、ゲート１０５の金属近くの強電界分布が有効に最適化され、次に分離構造１０６の密閉チャンバ構造が形成されうる。したがって、ゲートドレイン領域内の電界分布を更に最適化でき、同時に強電界領域内の空気と水蒸気を分離して電流崩壊効果を改善できる。本出願の実施形態では、複数のサブ分離構造１０９又はサブ分離構造１０９の複数層を有する構造が、分離構造１０６内に配置されて複数のチャンバ又はチャンバの複数層の構造を形成しうる。
【００４６】
別の実行形態では、分離構造１０６は、ソース１０３に電気的に接続されてもよく、ゲート１０５に電気的に接続されてもよく、ドレイン１０４に電気的に接続されてもよい。好ましくは、実施形態では、ソース１０３に近い側に配置された分離構造１０６の端が、ソース１０３又はゲート１０５に電気的に接続され、ドレイン１０４に近い側に配置された端が、ゲート１０５とドレイン１０４の間でデバイス表面層と直接接触し、ドレイン１０４には接続されない。あるいは、ソース１０３に近い側に配置された分離構造１０６の端が、ソース１０３又はゲート１０５に接続されず、ドレイン１０４に近い側に配置された端が、ゲート１０５とドレイン１０４の間でデバイスの表面層と直接接触し、ドレイン１０４に電気的に接続される。特に、好ましい実施形態では、図８に示されたように、分離構造１０６のソース１０３に近い端は、ソース１０３の基板から遠い側を直接覆って直接接触する電気接続を形成し、ドレイン１０４に近い側に配置された端は、ゲート１０５とドレイン１０４の間のデバイスの表面層と直接接触するが、ドレインと電気接続を形成しない。そのような構造は、デバイスの表面上の強電界分布を有効に改善し、電界ピークを低下させ、電流崩壊効果を改善し、同時にデバイス漏れの可能性を低減し、デバイスの降伏電圧と信頼性を改善できる。
【００４７】
この実施形態では、密閉構造１０７の高さは、半導体層から遠ざかる方向に、分離構造１０６の最大高さＬより大きくなければならない。好ましくは、密閉構造１０７の高さは１．２Ｌ以上であり、これにより、アーチ型分離構造の密閉特性と分離構造１０６の接着性がより有効に保証されうる。ソース１０３からドレイン１０４に延在する方向で、図８に示されたように、デバイスの表面層と接触している分離構造１０６の内壁とソース１０３の間の距離はａであり、デバイスの表面層と接触している外壁とソース１０３の間の距離はｂであり、したがって、使用中のデバイスの密閉安定性を改善するために、ソース１０３からドレイン１０４に延在する方向の密閉構造１０７の幅は（ａ＋ｂ）／２以上でなければならない。
【００４８】
要するに、本出願の実施形態では、配置された分離構造１０６と密閉構造１０７によって形成された密閉チャンバ構造は、高い密閉性を有し、これにより、外気と水蒸気を十分に分離でき、電流崩壊効果を引き起こしうる強電界下でデバイス材料の表面上の空気及び水蒸気イオン化も有効に回避されうる。更に、分離構造１０６のチャンバ内のデバイスの材料表面上の絶縁体層の厚さを大幅に低減でき、ゲート１０５と分離構造１０６は、きわめて小さい誘電率を有する空気の使用によってデバイスの表面から分離され、これにより、寄生容量が大幅に低減され、寄生容量効果が有効に改善され、デバイスの高周波特性が改善される。そのような半導体デバイス１００を使用する構造は、製造工程が単純で信頼性が高い。
【００４９】
本出願の実施形態は、更に、上記の半導体デバイス１００を製造するための方法を提供する。図９に示されたように、方法は、
基板１０１を提供するステップＳ１０１と、
基板１０１の一方の側に半導体層１０２を形成するステップＳ１０２と、
半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に、ソース１０３とドレイン１０４を形成するステップＳ１０３と、
ソース１０３とドレイン１０４の間にゲート１０５を形成するステップＳ１０４と、
半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に分離構造１０６を形成するステップＳ１０５と、を含み、ソース１０３に近い側に配置された分離構造１０６の一端が、ソース１０３又はゲート１０５と電気接続を形成し、他端が、ドレイン１０４の近くにデバイスの表面層と直接接触して配置されて、ゲート１０５又はゲート１０５の一部分を覆い、分離構造１０６が、一体形成構造であり、半導体層１０２と協力してチャンバを形成し、ゲート１０５の少なくとも一部分がチャンバ内にある。
【００５０】
ステップＳ１０８で、密閉構造が、ゲート延在方向のチャンバの開口を密閉して密閉チャンバを形成するように配置される。ステップＳ１０８で使用された密閉構造の材料は、絶縁体、インジウム酸化スズ、インジウム酸化亜鉛若しくは酸化インジウムなどの半導体酸化物材料、ビスベンゾシクロブテン樹脂（ＢＣＢ）若しくはメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、又はこれらの組み合わせでよい。ステップＳ１０８で、密閉構造１０７が、分離構造１０６の開口を密閉して密閉チャンバを形成するように形成される。密閉構造１０７は、その高さが１．２Ｌ以上になり、ソース１０３からドレイン１０４に延在する方向の幅が（ａ＋ｂ）／２以上になるように配置される。
【００５１】
具体的には、基板１０１上に半導体層１０２、ソース１０３、ドレイン１０４及びゲート１０５を形成する方法は、既知の従来方法によって実行されてもよく、本明細書で詳細は更に記述されない。
【００５２】
分離構造１０６を形成する方法では、以下のサブステップが含まれうる。
【００５３】
サブステップＳ１０５１で、図１０に示されたように、支持構造２０１が、半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に形成され、支持構造２０１は、ゲート１０５の少なくとも一部分を覆う。
【００５４】
分離構造１０６が形成される前に、支持構造２０１は、形成しなければならない分離構造１０６の特定構造に従って形成されうる。例えば、ソース１０３に近い一方の側に形成され配置された分離構造１０６の端をソース１０３に接続しなければならない場合、支持構造２０１は、分離構造１０６が後で形成されたときに、ソース１０３に近い一方の側に配置された分離構造１０６の端をソース１０３に接続できるように、ソース１０３とゲート１０５の間の領域を完全に覆わなければならない。他方、ソース１０３に近い一方の側に形成され配置された分離構造１０６の一端をソース１０３に接続しなくてもよい場合、支持構造２０１は、ソース１０３とゲート１０５の間の領域を完全には覆うことができず、ソース１０３から特定の距離を保たなければならない。
【００５５】
本出願の実施形態における支持構造２０１は、フォトレジストの使用によって形成されてもよく、分離構造１０６を支持するフォトレジストは、フォトリソグラフィ工程によってゲート１０５、ゲートソース領域、及びゲートドレイン領域の一部内に形成され、フォトレジストが焼成されて支持構造２０１が形成される。支持構造２０１が占有する空間は、実際には、分離構造１０６によって形成されたチャンバが配置された空間である。例えば、フォトレジストは、アーチ形に焼成されてもよく、後で形成される分離構造１０６がアーチ型である。本出願は、支持構造２０１の特定構造を制限しない。
【００５６】
サブステップＳ１０５２で、図１１に示されたように、半導体層１０２上の分離構造１０６が覆われない領域内に遮蔽構造２０２が形成される。
【００５７】
半導体層１０２上の分離構造１０６が形成されなくてもよい領域内に遮蔽構造２０２を形成することによって、分離構造１０６が形成されたときに分離構造１０６を形成しなくてもよい領域を遮蔽でき可能となり、また分離構造１０６が形成される材料がそれらの領域内に形成されるのを防ぐことができる。
【００５８】
前述されたように、遮蔽構造２０２の特定の機構は、形成しなければならない分離構造１０６の構造に従って決定されなければならない。例えば、ソース１０３に近い一方の側に形成され配置された分離構造１０６の一端が、ソース１０３の表面と直接接触しなければならない場合、遮蔽構造２０２は、ゲートソース領域内に形成されなくてもよい。更に、図に示されたように、ソース１０３に近い一方の側に形成され配置された分離構造１０６の一端が、ソース１０３の表面と直接接触しなくてもよい場合は、遮蔽構造２０２がソース１０３上に形成されなければならず、遮蔽構造２０２は、支持構造２０１が形成された後で形成されてもよい。ソース１０３は、分離構造１０６を形成する材料がソース１０３と接触するのを回避するために部分的に遮蔽される。
【００５９】
分離構造１０６を製造する工程では、分離構造１０６は、ソース１０３に電気的に接続されるか、ゲート１０５に電気的に接続されるか、導電材料によって又は直接覆うことによる接点の形でドレイン１０４に電気的に接続されなければならない。
【００６０】
遮蔽構造２０２の材料は、フォトレジストや他の材料でもよい。本出願の実施形態は、その特定材料を限定しない。支持構造２０１の形状は、様々な形状の支持構造２０１を設計するためにフォトリソグラフィ工程と焼成条件を調整することによって調整されうる。レイアウトの設計によって、様々な形状の遮蔽構造２０２を形成でき、それにより、様々な構造を有する分離構造１０６が製造される。
【００６１】
サブステップＳ１０５３で、図１２に示されたように、分離構造１０６は、分離構造１０６がゲート１０５又はゲート１０５の部分を覆うように、支持構造２０１上に形成される。
【００６２】
表示の都合上、図１２〜図１４では、分離構造１０６がソース１０３の表面と直接接触しない事例のみが示される。本出願はそれを限定しない。支持構造２０１と遮蔽構造２０２が、分離構造１０６の構造に従って形成された後で、分離構造１０６を形成できる。好ましくは、分離構造１０６は、工程によって１度に形成される。分離構造１０６を形成する工程で、金属が使用される場合、金属めっき工程、金属蒸着工程、又は金属スパッタリング工程、又はこれらの組み合わせが使用されうる。サブステップＳ１０５４で、図１３に示されたように、支持構造２０１と遮蔽構造２０２が除去される。
【００６３】
密閉構造を提供するステップＳ１０８は、以下のサブステップを含みうる。
【００６４】
サブステップＳ１０８１で、図１４（ソース１０３からドレイン１０４への延在方向の分離構造の開口における断面概略図）に示されたように、ゲート１０５の延在方向の分離構造１０６の２つの端にある開口を密閉して、分離構造１０６と半導体層１０２の間に形成されたチャンバを密閉するように、密閉構造１０７が配置される。
【００６５】
分離構造１０６が形成された後、支持構造２０１と遮蔽構造２０２が除去される。
【００６６】
ソース１０３とドレイン１０４の間にゲート１０５を形成するステップの前に、方法は、更に、
第１の絶縁体層１０８が半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に形成されるステップＳ１０６と、
トレンチ内にゲート１０５を形成するために、ゲート１０５に対応するトレンチが第１の絶縁体層１０８上に提供されるステップＳ１０７と、を含む。
【００６７】
半導体デバイス１００を製造する工程で、半導体層１０２の不動態化保護のために半導体層１０２上に絶縁体層が形成されうる。したがって、第１の絶縁体層１０８が配置された後、ゲート１０５を形成する工程で、ゲート１０５の後の形成を容易にするために、最初に、ゲート１０５に対応するトレンチが、第１の絶縁体層１０８上に形成される。
【００６８】
更に、半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に支持構造２０１を形成するステップＳ１０５１は、
ゲート１０５上の第２の絶縁体層１１０を付着させるステップＳ１０５１１と、
第２の絶縁体層１１０上にサブ分離構造１０９を形成するステップＳ１０５１２と、
サブ分離構造１０９上に支持構造２０１を形成するステップＳ１０５１３と、を含む。
【００６９】
以上述べたように、実行形態で、チャンバ内にあるサブ分離構造１０９が、更に、分離構造１０６とゲート１０５の間に配置されてもよく、サブ分離構造１０９と半導体層１０２は、ゲート１０５又はゲート１０５の一部分が配置されるサブチャンバを形成する。サブ分離構造１０９を形成する際、最初に第２の絶縁体層１１０が形成され、次に第２の絶縁体層１１０上にサブ分離構造１０９が形成されうる。これは、ゲート１０５の金属近くの強電界分布を有効に最適化し、次に分離構造１０６の密閉チャンバ構造を形成でき、それにより、ゲートドレイン領域内の電界分布が更に最適化され、同時に強電界領域内の空気と水蒸気が分離され、電流崩壊効果が改善されうる。
【００７０】
最初にサブ分離構造１０９に対応する支持構造２０１が形成され、支持構造２０１上にサブ分離構造１０９が形成されうることを理解されよう。分離構造１０６が形成された後で、サブ分離構造１０９内の支持構造２０１が除去され密閉され、したがってサブ分離構造１０９が密閉チャンバを形成する。したがって、分離構造１０６とサブ分離構造１０９によって多層分離構造の密閉チャンバ構造が形成されるが、ゲートドレイン領域内の強電界分布をより有効に最適化でき、強電界領域の密閉性と信頼性を高めることができる。
【００７１】
さらの、別の実行形態では、分離構造１０６は、複数の分離ユニット１０６１を含み、半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に支持構造２０１を形成するステップＳ１０５１は、また、
半導体層１０２の基板１０１から遠い一方の側に複数の支持構造２０１を形成し、支持構造２０１のうちの１つが少なくともゲート１０５の一部分を覆うステップを含みうる。
【００７２】
構造実行形態で述べたように、外部から印加された電圧が上昇するとき、デバイスの表面上の強電界領域が、ゲート１０５からドレイン１０４の方に延在し、即ち、デバイスのゲート１０５から遠くかつドレイン１０４に近い面も強電界領域になり、したがって、この領域内の空気と水蒸気もイオン化される。その時、この問題は、複数の分離ユニット１０６１を配置することによって改善される。複数の分離ユニット１０６１を形成しなければならないときは、これに対応して、最初に、複数の分離ユニット１０６１のそれぞれに対応する支持構造２０１を形成しなければならない。それにより、分離構造１０６が強電界領域全体を覆う目的が達成される。
【００７３】
これに対応して、支持構造２０１上に分離構造１０６を形成するステップＳ１０５は、特に、分離構造１０６を形成するために、複数の支持構造２０１上に次々に接続された複数の分離ユニット１０６１を形成することである。
【００７４】
別の実行形態で、支持構造２０１と遮蔽構造２０２を除去するステップの前に、方法は、更に、ゲート１０５の上の分離構造１０６内に少なくとも１つの開口（即ち、図５に示されたような開口１０６２）を形成して、ゲート１０５の上の分離構造１０６の部分を複数の区分に分割することを含みうる。
【００７５】
したがって、ゲート１０５の上にある分離構造１０６が、複数の区分に分割され、分離構造１０６によって引き起こされた寄生容量が更に低減されうる。特定の設定形態は、上記の構造実行形態の説明を参照でき、詳細は再び本明細書に記述されない。
【００７６】
以上の説明は、本発明の望ましい実施形態のみを参照し、本発明を限定するものではない。当業者は本発明に対して様々な修正及び変更を行いうる。本発明の趣旨及び範囲内で行われる如何なる修正、等価な代用、改良なども本発明の範囲に含まれるべきである。以下の図面では類似の参照数字及び文字が類似の要素を指し、したがって、要素が１つの図面で定義された後は、その後の図面でその要素を更に詳しく定義し説明する必要がないことに注意されたい。以上は、単に本発明の特定の実施形態あるが、本発明の範囲はそれに限定されない。当業者は、本発明の保護範囲に含まれるべき本発明によって開示された技術範囲内の変更又は代用を容易に想像できる。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されるべきである。
【符号の説明】
【００７７】
１００  半導体デバイス
１０１  基板
１０２  半導体層
１０３  ソース
１０４  ドレイン
１０５  ゲート
１０６  分離構造
１０７  密閉構造
１０８  第１の絶縁体層
１０９  サブ分離構造
１１０  第２の絶縁体層
２０１  支持構造
２０２  遮蔽構造
１０２１  核形成層
１０２２  バッファ層
１０２３  チャネル層
１０２４  障壁層
１０６１  分離ユニット
１０６２  開口
【図１】
2019519088.tif 000003
【図２】
2019519088.tif 000004
【図３】
2019519088.tif 000005
【図４】
2019519088.tif 000006
【図５】
2019519088.tif 000007
【図６】
2019519088.tif 000008
【図７】
2019519088.tif 000009
【図８】
2019519088.tif 000010
【図９】
2019519088.tif 000011
【図１０】
2019519088.tif 000012
【図１１】
2019519088.tif 000013
【図１２】
2019519088.tif 000014
【図１３】
2019519088.tif 000015
【図１４】
2019519088.tif 000016
【国際調査報告】
2019519088.tif 000017
2019519088.tif 000018
2019519088.tif 000019
2019519088.tif 000020